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模具设计课程设计模具设计课程设计 课 程 名 称 院（系、部、中心） 专 业 班 级 起 止 日 期 指 导 教 师 设 计 人 目 录第一章 塑件的成型工艺分析1.1 塑件的分析41.2 ABS的性能分析451.3 ABS的注射成型过程及工艺参数5第二章 模具结构形式的拟定2.1 确定分型面62.2 型腔数量及排列方式62.3注射机型号的确定68第三章 浇注系统的设计3.1 主流道的设计93.2 分流道的设计9103.3浇口的设计10113.4校核主流道的剪切12第四章 成型零件的结构设计及尺寸计算 4.1成型零件的计算13 4.2 成型零件的钢材选用13 4.3 成型零件工作尺寸凹模的计算1314 4.4成型零件工作尺寸凸模的计算14第五章 模架的选择 5.1 各模板尺寸的确定15 5.2 模架各尺寸的校核15第6章 排气槽设计 6.1、排气槽的确定16第7章 脱模推出机构的设计 7.1推出方式的确定 17 7.2脱模力的计算17 7.3校核推出机构作用在塑件上的单位压应力 1718- 2 -第8章 冷却系统的设计 8.1冷却介质 19 8.2冷却系统的计算1920第9章 导向和定位机构的设计 21结论22参考文献 23第1章 塑件成型工艺性分析1.1塑件的分析 图1-11.1.1外形尺寸 该塑件壁厚相对较均匀，最大4.2mm,最小3mm。外形尺寸不大，适合注射成型。如图1-11.1.2精度等级 未注尺寸公差按所用塑料的低精度查取为MT51.1.3脱模斜度 ABS属无定型塑料，成型收缩较小，参考【1】表2-10选择该塑件上型芯与凹模统一脱模斜度为1。 图1-21.2 ABS的性能分析1.2.1. ABS是由丙烯腈，丁二烯和苯乙烯共同合成的三元共聚物。其中，丙烯腈具有良好的耐化学腐蚀性和表面硬度，而丁二烯很坚韧，苯乙烯则具有良好的加工性和染色性能。ABS塑料具有良好的机械强度，耐磨性、阻燃性、耐寒性、耐油性、耐水性、稳定性、电气性能和光泽性，并且无毒，无味，呈微黄色，尺寸稳定性好，易成型，易切削加工。1.2.2性能指标见下表密度g/cm1.021.08屈服强度/MPa50比体积/cm.g 0.860.98抗弯强度/MPa80吸水率%0.20.4抗压强度/MPa53计算收缩率%0.40.7抗拉强度/MPa38比热容1470抗剪强度/MPa24断裂伸长率%35拉伸弹性模量/MPa1800表面电阻率1.2X1013体积电阻率.m6.9x1014熔点/130160滞流温度130表1-11.2.3ABS的注射成型过程及工艺参数 1.注射成型过程 （1）成型前的准备。对ABS的色泽、粒度和均匀度等进行检验，由于ABS的吸水性较大，成型前应进行充分的干燥。 （2）注射过程。塑件在注射机筒内经过加热、塑化达到流动状态后，由模具的浇注系统进入模具型腔成型，其过程课分为充模、压实、保压、倒流和冷却五个阶段。 （3）塑件的后处理。处理的介质为空气和水，处理温度为6075C，处理时间为1620s。 2.ABS的注射成型工艺参数 （1）注射机：螺杆式 （2）螺杆转速（r/min),螺杆转速为30r/min （3）预热和干燥：温度（C） 8085 时间（h） 34 （4）密度(g/cm):1.021.08 （5）材料收缩率（%）：0.30.8 （6）料筒温度（）：后段 150170 中段165180 前段180200 （7）喷嘴温度（）：170180 （8）模具温度（）：6080 （9）注射压力（MPa):709第2章 模具结构形式的拟定2.1 确定分型面 分开模具能取出塑件的面，称作分型面，注射模只有一个分型面。塑件的分型面应位于截面尺寸最大的部位，并且保证塑件顺利脱模和精度要求。2.2 型腔数量及排列方式2.2.1型腔数量的确定 对于精度要求不高的小型塑件（没有配合精度要求），形状简单，又是大批量生产时，则采用多型腔模具可提供独特的优越条件，使生产效率大为提高。型腔的数目可根据模型的大小情况而定。该塑件对精度要求不高，为低精度塑件，再依据塑件的大小，采用一模四型的模具结构。、2.2.2型腔排列形式的确定 多型腔模具尽可能采用平衡式排列布置，且要力求紧凑，并与浇口开设的部位对称。由于该设计选择的是一模四腔，故采用矩形对称排列。2.2.3模具推结构形式的确定 从上面的分析可知，本模具设计为一模四腔，矩形对称排列，根据塑件结构形状，推出结构采用推板推出的推出形式。浇注系统设计时，流道采用X型平衡式，浇口采用侧浇口，开设在塑料盖顶部。定模部分需要开设单个分型面取出凝料，动模部分需要添加固定板、垫板和脱模板。2.3 注射机型号的确定2.3.1注射量的计算利用三维软件进行分析可得到以下数据 塑件体积V=37.994cm 曲面面积S=4396mm 密度 =1.05g/cm 塑件质量 m=39.89g 式中，参考ABS性能表1-1可取1.05g/cm。2.3.2浇注系统凝料体积的初步估算 本次采用的流道简单而较短，因此浇注系统凝料体积的初步按照塑件的15%来估算227.964cm2.3.3选择注射机 注射机的公称注射量cm根据以上的计算，初定选定公称注射量为350cm，注射机型号为xs-zy-350型注塑机。其主要技术参数见表2-1.表2-12.3.4注射机有关参数的校核 1.注射压力得校核 注射压力得校核是校验注射机的最大注射压力能否满足制品成型的需要。验证公式如下：其中k为安全系数，k=1.251.4，取k=1.3 查表可知，ABS所需注射压力为80110MPa，为一般制品的成型注射压力，这里取=90MPa.，则，因此注塑机的注塑压力校核合格。 2.锁模力的校核 塑件在分型面上的投影面积，则浇注系统在分型面上的投影面积，是每个塑件在分型面上的投影，的0.20.5倍，这里取=0.3则 模具型腔内的胀型力，则=式中，是模具型腔内压力，通常取注射压力的30%65%，大致范围为3265MPa，ABS属于中等粘度塑料及低精度要求塑件，故取为45MPa查表得注塑机的公称锁模力=2500KN，锁模安全系数为k=1.2,则k=2500=，所以注塑机锁模力合格。对于其他安装尺寸的校核要等到模架选定以后方可进行校核。第3章 浇注系统的设计3.1主流道的设计 主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注塑机喷嘴注射出得熔体导入分流道或型腔中。主流道的形状为圆锥形，锥角为26，以便熔体的流动和开模使主流道凝料顺利拔出。主流道的尺寸直接影响到熔体的流动速度和冲模时间。3.1.1主流道尺寸 1.主流道长度：L应尽量小于60mm,本次设计中取50mm进行设计 2.主流道小端直径：d=注射机喷嘴直径+(0.51)mm=(6+1)=7mm取d=7(mm） 3.主流道大端直径：D=d+2Ltan(/2)(=4)10.5(mm) 4.主流道球面半径：SR=注射机喷嘴球头半径+（12）mm =18+(12)mm 取SR=20mm. 5.球面配合高度：h=5mm3.1.2主流道的凝料体积 =（3.14/3)x50x(4.25+2.5+4.25x2.5)=1828.4mm1.83cm3.1.3主流道当量半径3.1.4主流道浇口套的形式 主流道衬套为标准件可选购。主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，易磨损。对材料的要求较严格，因为小型注射模可以讲主流道浇口套与定位圈设计成一个整体，因此本模具就将其设计成整体式。设计中常用工具钢（T8A或T10A），热处理淬火表面硬度为5055HRC.图3-13.2分流道的设计 分流道是主流道与浇口之间的通道，设计时应考虑尽量减小在流道内的压力损失和尽可能避免熔体温度降低，同时还要考虑减小流道的容积和压力平衡，因此采用平衡式分流道。3.2.1分流道的截面形状 选用效率较高的圆形截面 1.分流道的尺寸 本设计的分流道设置在分型面上。截面形状采用加工工艺性比较好的圆形截面。圆形截面对塑料熔体及流动阻力均不大，一般采用下面的经验公式来确定截面尺寸。这里单边分流道长度取=49mm查【1】表4-6、4-7得ABS塑料常用的分流道直径为4.89.5mm,取D=5mm 2.分流道凝料体积分流道长度=49x4=196mm分流道截面积 3.14x5/4=19.625mm凝料体积 =196x19.625=3846.5mm3.85cm 3.校核剪切速率确定注射时间，查【1】表4-8，可取t=1.6S计算分流道体积流量：9.74mm/s剪切速率该分流道内熔体的剪切速率处于主流道与分流道的最佳剪切速率，故分流道的剪切速率校核合格。 4.分流道表面粗糙度 分流道表面不要求太光洁，表面粗糙度通常取Ra=1.252.5um.此处取Ra1.6um.图3-23.3浇口的设计 该塑件要求不允许有裂纹、变形等缺陷，采用一模四腔注射，因此选择侧浇口能获得外形清晰，表面光泽的塑料制品。浇口位置开在塑件侧部，但不影响制品的外观。3.3.1侧浇口尺寸的确定 浇口的直径：根据【1】表4-10，可得侧浇口的直径d计算公式为，其中n是塑料成型系数，对于ABS，其成型系数n=0.7K是系数，塑件壁厚的函数，；A是型腔表面积在工厂进行设计是，浇口直径先取小值，以便在今后试模时发现问题进行修检处理，并根据【1】表4-11中的推荐的ABS浇口直径为0.81.3mm,故此处浇口直径取1mm，浇口长度取1mm.3.3.2浇口剪切速率的校核 1.确定注射时间，查表，可取t=1.6s; （1）计算浇口的体积流量： （2）计算浇口的剪切速率： 该浇口的剪切速率处于浇口与分流道最佳剪切速率烦人范围之内，故浇口的剪切速率校核合格。3.4校核主流道的剪切3.4.1计算主流道的体积流量 1.计算主流道的剪切速率 该分流道内熔体的剪切速率处于浇口与分流道的最佳剪切速率的范围之间，故主流道的剪切速率校核合格。第4章 成型零件的结构设计及尺寸计算4.1成型零件的结构设计4.1.1凹模的结构设计 凹模式成型制品的外表面的成型零件。按凹模结构的不同可将其分为整体式、整体式嵌入式、组合式和镶并式四种。根据对塑件的结构分析，本设计中采用组合式凹模设计。4.1.2凸模的结构设计（型芯） 凸模式成型塑件内表面的成型零件，通常可以分为整体式和组合式两种类型。通过对塑件的结构分析可知，该塑件的型芯有四个，即成型零件的内表面的小型芯，因为塑件包紧力较大，所以设在动模部分。4.2成型零件钢材的选用 由于成型零件的质量直接影响到塑件的质量，且与高温高压的塑料熔体接触，所以要有必需具有足够的强度和刚度，以承受塑料熔体的高温高压。具有足够的硬度和耐磨性，以承受流料的摩擦和磨损。所以构成型腔的组合式凹模钢材应选用3Cr12MoV。4.3成型零件工作尺寸的计算 为计算简便起见，凡是孔类尺寸均以其最小尺寸作为公称尺寸，即公差为正；凡是轴类尺寸均以最大尺寸作为公称尺寸，即公差为负。4.3.1凹模径向尺寸计算 凹模径向尺寸的计算采用平均尺寸法，公式如下：式中凹模径向尺寸（mm)； 塑件的平均收缩率（ABS收缩率为0.3%0.8%），平均收缩率为0.55%； 塑件径向公称尺寸（mm); 塑件公差值（mm)X虽塑件精度和尺寸变化，由表 可知，在0.50.8之间，取0.6；凹模制造公差（mm)制造公差取塑件公差的1/6.塑件的最小收缩率（%）。4.3.2凹模型腔深度尺寸 4.3.3型芯部分的结构设计凸模深度尺寸（mm)；型芯径向尺寸（mm);型芯的制造公差（mm)；式中，x是系数，由表可知在0.50.7之间，此处x=0.6.其他符号意义同上。4.3.4型芯径向尺寸=(1+0.55%)x44.35+0.6X0.22=44.734.3.5型芯高度尺寸25.394.4成型零件尺寸4.4.1型腔侧壁厚度计算 理论分析和实践证明，模具对强度及刚度的要求并非要同时兼顾。对小尺寸型腔，强度不足是主要问题，应按强度条件计算。按整体式圆形腔计算。公式如下： 式中r为型腔内半径，r=22mm,p为模具型腔内最大的熔体压力，根据经验值为3050Mpa.模具强度计算的许用应力（Mpa),本模具中=160Mpa.=因此，型腔侧壁厚S：取S=13mm.4.4.2型腔底板厚度的计算 按整体式圆形型腔强度条件计算：型腔底板厚度T=10mm.第5章 选择模架 由前面型腔的布局以及相互的位置尺寸，再结合标准模架，可选用标准模架250xL，其中L取250mm，模架结构为A4型。5.1各模板尺寸的确定 A板尺寸 A板主要是定模型腔板,塑件高度为28mm，在模板上还要开设冷却水道，离型腔有一定距离，因此取50mm B板尺寸B板是凸模型芯固定板，按模架标准板厚取40mm C垫块尺寸垫块=推出行程+推板厚度+推杆固定板厚度+(510)=6+25+25+（510）=5166mm,初定选定C为63mm 经上述尺寸计算，模架尺寸已经确定为模架序号为6号，板面为250mmx268mm 模架结构形式为A4型的标准模架。其外形尺寸：长x宽x高=250mmx500mmx268mm5.2 模架各尺寸的校核 根据所选注射机来校核模具设计的尺寸模架平面尺寸(拉杆间距），校核合格。模架高度尺寸215mm,(模架的最大厚度和最小厚度），校核合格 模架的开模行程（开模行程）校核合格第6章 排气槽的设计 由于四个塑件尺寸并不是很大。注射时间大概1.6s，采用侧浇口，气体会集中在型腔的顶部，不过气体会沿着分型面间隙排除气体，如果不能排除，查【1】表4-14可知ABS开设排气槽深度为0.03mm.第7章 脱模推出机构的设计7.1推出方式的确定 塑件采用脱模板的推出方式，脱模板推出时为了减小脱模板与型芯的摩擦，设计中用脱模板与型芯之间留出0.2mm的间隙，避免脱模板与型芯产生摩擦。7.2脱模力的计算 脱模力士将制品从包紧的型芯上脱出时所需克服的阻力。由所以，此处视为厚壁圆筒塑件，脱模力按下式计算。式中r型芯的平均半径，r=22mmE塑料的弹性模量，查表可得ABS得弹性模量为1800MPaS塑料平均成型收缩率，查表，S=0.55%；模具型芯的脱模斜度，=1；f制件与型芯制件的摩擦因素，查表得ABS与钢的摩擦系数为0.45；其中的值与塑件的横截面积形状和相关尺寸有关；无量纲系数，A塑件在与开模方向垂直的平面上的投影面积。由三维图可知A=1962.5mm;因此， 699.8N7.3校核推出机构作用在塑件上的单位压应力7.3.1推出面积7.3.2推出应力（抗压强度合格）第8章 冷却系统的设计8.1冷却介质 ABS属于中等黏度材料，其成型温度及模具温度分别为200和5080，所以，模具温度初步选定为50，用常温水对模具进行冷却。8.2冷却系统的计算8.2.1单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量W 1.塑料制品的体积 2.塑料制品的质量 3.塑件壁厚为3，4.2mm,查表得，取注射时间 ，脱模时间，则注射周期：，由此得每小时注射次数：（3600/84.6.）次，约为42次。 4.单位时间内注入莫剧中的塑料熔体的总质量： 5.确定单位质量的塑件在凝固时所放出的热量，查表直接可知ABS的单位热流量的值得范围在（310400）kJ/kg之间，故可取 6.计算冷却水的体积流量，设冷却水道入口的水温为，出水口的水温为，取水的密度，水的比热容根据公式得 7.确定冷却水道的直径d 当查表可知，为了使冷却水于湍流状态，取模具冷却水的直径 8.冷却水在管内的流速v 9.求冷却管壁与水交界面的膜传热系数h 因平均水温为24.5度,查表 可得f=6.84 。则有 10. 计算冷却水通道导热总面积A计算冷却水通道导热总面积A 11.计算模具所需冷却水管的总长度L 12.由上述计算可以看出，冷却水道的根数对于模具来说显然不合适，因此根据具体情况加以修改。为了提高生